Свет и время. Размышления на границе естествознания и Богопознания - [7]

Понемногу выяснилось, что удивительная двусторонняя природа света, которую всемирно известный физик Нильс Бор обозначил словом дополнительность, присуща множеству физических явлений. Оказалось, что дополнительность господствует во всей ядерной физике.

Например, электроны, которые долго считались просто элементарными частицами материи, при некоторых опытах проявили волновые свойства. Их интерференция оказалась очень похожей на световую. Степень нашего признания электрона волной или частицей зависит от типа нашего измерительного прибора.

Итак, электрон можно рассматривать как волну и частицу одновременно. О свете можно сказать то же самое. Этот вывод не зависит от технических сложностей опыта, а есть фундаментальное ограничение, обязательное для всякого научного метода, и его невозможно преодолеть. Это ограничение, справедливое для всех дополняющих параметров, покоится на собственных отношениях и взаимной зависимости между объектом и измерительным устройством.

Если, например, в атомной физике нам понадобилось установить на опыте и скорость (у) и положение (х) некой частицы, то придется признать, что мы не можем получить точного значения этих величин. Обозначим неопределенность измерения обоих параметров А х и А V соответственно. Принцип неопределенности, введенный В. Гейзенбергом, говорит, что произведение неопределенностей измерения невозможно уменьшить ниже некоторого минимального значения. Математически это записывается так:

где п — так называемая постоянная Планка, а т — масса частицы. Следовательно, нет возможности точно определить местоположение электрона в пространстве и одновременно измерить его скорость. В принципе, мы можем продемонстрировать, что частица находится в некой точке, только наблюдая ее там. Но для такого наблюдения

требуется крайне коротковолновый свет или гамма-лучи. А этот свет неизбежно столь мощно подействует на частицу, что она отлетит прочь с непредсказуемой скоростью.

Введенный Н. Бором принцип дополнительности можно сформулировать так: для всякого физического параметра есть дополнительный параметр, и соотношение обоих параметров таково, что нет никакой возможности точно определить оба параметра в ходе одного опыта. Если в поставленном опыте один параметр точно определяется, то другой неизбежно остается неопределенным и наоборот.

Принцип неопределенности выражает некое существеннейшее свойство природы. Из него следует, что простое и понятное описание природы невозможно. Тем-то и характерна новая физика, что она отказалась от требований понятности.

Позже мы еще обсудим, почему этот подход может оказаться важным не только в чистой физике, но и в других областях.

В итоге мы обязаны заявить: свет — это отдельное и цельное явление. Его значение для нашей жизни — основное и решающее. Он же является главным переносчиком потоков энергии во всей Вселенной.

Свет представляется нам (через физические опыты и их истолкование нашими органами чувств) в двух различных образах, кажущихся взаимно непримиримыми в пределах логического мышления и нашего постижения. Из этого очевидного противоречия нет выхода. Науке пришлось с этим смириться.

Какие же общие выводы можно сделать из результатов физических исследований?

   1.  Мы не можем просто пренебречь явлениями или свойствами, которые выглядят взаимно противоречивыми, объявив их неверно установленными, мнимыми или неполными. Мы не можем достоверно знать, что такие явления сами по себе исключают друг друга.

   2.  Нам не следует отметать упомянутые явления как несущественные, тривиальные или нестоящие внимания. Их знание может оказаться решающим для человечества. Хотя никто не способен полностью понять, что такое свет или электрический ток, все же любой ребенок, повернув выключатель, может использовать оба явления полностью.

   3.  Возможности нашего логического мышления ограничены. Пока оно прилагается к разрешимым задачам или к наблюдаемым явлениям, его выводы можно легко проверить. Но когда оно занимается явлениями, познаваемыми лишь по их воздействию на измерительные приборы или по оставленным ими следам, мы больше не можем настаивать на требовании, чтобы его выводы были понятны и однозначны.

Материя не существует — она происходит

В наши дни всякий образованный человек знает кое-что из атомной физики о внутреннем строении вещества из атомов и молекул.

Но, зная эту теорию, мы не всегда способны осознать, что карандаш в руке, книга перед глазами, вещество отдельной буквы — все это сложено из бесчисленного множества атомов, частиц столь малых, что ряд из десяти миллионов атомов без промежутков прикроет лишь один миллиметр.

Если бы у нас было столько кирпичей, сколько атомов в одном кубическом сантиметре воздуха, мы могли бы покрыть ими всю земную поверхность на высоту 180 метров. Или будь у нас столько же атомов водорода, сколько капель воды во всех земных морях, то все вместе эти атомы весили бы лишь 50 граммов.

   4.  Каждый отдельный атом — это крохотное, хитрое устройство с положительно заряженным ядром в центре и отрицательными электронами, кружащимися по орбитам вокруг ядра. Диаметр атомного ядра водорода составляет около одной стотысячной всего атома. На рис. 10 изображен атом водорода с ядром, для наглядности увеличенный в тысячу раз относительно реальных пропорций атома. Следовательно, ядро и электроны занимают лишь малую часть атомного объема, а остальное — пустое пространство. Тут невольно напрашивается сравнение с солнечной системой: Солнце и планеты занимают ничтожную долю объема той части мирового пространства, где они движутся.